Группа учёных из Китая объявила о создании устройства связи, которое может сыграть решающую роль в развитии сетей 6G. Оборудование, основанное на «технологии космической оптической коммутации», было выведено для испытаний на орбиту в августе 2023 года. Установленное на спутнике устройство способно передавать световые сигналы без преобразования их в электрические импульсы. Команда Сианьского института оптики и точной механики Китайской академии наук сообщила, что испытания в космосе прошли успешно,

Источник изображения: Pixabay

Традиционные коммутационные устройства связи в процессе передачи данных обычно преобразуют световые сигналы в электрические. Но этот традиционный фотон-электрон-фотонный метод имеет эффект «электронного узкого места», в то время как оптический подход может максимизировать скорость и ёмкость систем обмена данными. Новый метод также может снизить затраты на строительство специальных объектов связи.

Команда китайских учёных посвятила более десяти лет разработке устройства, повышающего возможности, гибкость и скорость передачи информации. «Сети связи следующего поколения, включая 6G, выйдут за рамки наземной связи, это должна быть глобальная сеть, включающая спутниковые узлы», — уверены разработчики. Согласно статье, опубликованной ими в прошлом году, новая технология на сегодняшний день поддерживает скорость передачи данных на уровне 40 гигабит в секунду.

Традиционно связь «спутник-земля» базируется на использовании радиосигнала, но скорость передачи данных сравнительно невысока из-за ограниченного диапазона используемых частот. Поэтому в последнее время всё больше внимания уделяется оптическим технологиям обмена информацией, в частности, лазерам. Полоса пропускания лазера потенциально может достигать нескольких сотен гигагерц, что позволяет упаковывать больше данных в каждую передачу.

Учёные уверены, что обычным коммутационным устройствам будет сложно превысить порог скорости передачи данных в 100 Гбайт/с из-за ограничений пропускной способности. Поэтому жизненно важно разработать более совершенную систему оптического обмена информацией. «Это особенно актуально для межпланетной связи, поскольку оптическая коммутация будет более эффективной, быстрой, компактной и дешёвой», — уверены исследователи.

Несмотря на последний прорыв китайской команды, исследователи говорят, что впереди ещё долгий путь до практического применения новой технологии. Спутниковый Интернет в Китае, включая технологию космической оптической коммутации, все ещё отстаёт от США, поскольку в некоторых важнейших компонентах и технологиях доминируют американские предприятия. На данный момент несколько компаний в отрасли, таких как Starlink Илона Маска (Elon Musk), экспериментируют с оптическим способом межспутниковой передачи данных.

Первоапрельская шутка 30-летней давности с передачей данных на флешках голубиной почтой была впервые проверена на практике в 2009 году. На дальности 100 км птица с 4-Гбайт накопителем на «борту» оказалась быстрее ADSL-соединения. Но как с этим сейчас, когда в дома проложено оптоволокно? Сможет ли голубь передать данные быстрее, чем сеть с гигабитной скоростью?

Pijeff на графике — это сам Джефф Гирлинг в маске голубя и на самолёте. Pigeon — голубь. Источник изображений: Jeff Geerling

Проверить новые возможности голубиной почты взялся видеоблогер Джефф Гирлинг (Jeff Geerling). С 2009 года, когда свой эксперимент провела одна южноафриканская компания, передавшая с птицей флеш-накопитель ёмкостью 4 Гбайт, прошло много времени и это привело к росту ёмкости накопителей. Скорость передачи данных по линиям связи тоже подросла и очень заметно. В том давнем эксперименте голубь доставил карту памяти на расстояние 60 миль (около 100 км) за 1 час и 8 минут плюс ещё один час на загрузку и выгрузку данных с карты на компьютер. За то же время местный оператор ADSL, компания Telkom, передала только 4 % обозначенного объёма данных.

Джефф Гирлинг укомплектовал голубя тремя картами SanDisk Extreme PRO ёмкостью 1 Тбайт. Каждая карта весила 5 г (их подрезали для снижения массы, хотя почтовые голуби способны нести до 75 г груза). Птице не пришлось далеко лететь. Экспериментатор ограничился оправкой данных голубиной почтой на один километр, после чего построил график возможного передвижения пернатого на дальность до 1000 км (600 миль). Согласно расчётам, голубь легко опередит гигабитное оптоволокно на такой дальности.

Если говорить о расстояниях в несколько тысяч километров, то птице будет не по силам соревноваться с оптоволокном. Чуть лучше будет, если часть пути он проделает на самолёте (Джефф в маске голубя проделал этот путь вместо птицы), но дорога в тысячи и тысячи километров сильно затормозит передачу данных голубиной почтой. Но до 1000 км голуби вполне способны передавать данные на цифровых носителях быстрее оптики и особенно там, где её нет.

Добавим, «голубиный» протокол был предложен в шутку 1 апреля 1990 года Дэвидом Вайцманом. Традиция подавать шуточные рабочие предложения (Request for Comments, RFC) родилась в 1978 году с RFC 748. Подавший это предложение инженер предлагал отправлять на телнет-сервер команду IAC DONT RANDOMLY-LOSE, чтобы тот переставал случайным образом терять данные. Шуточные RFC должны быть физически выполнимы и изложены таким образом, чтобы до читающего не сразу дошла вся абсурдность предложения.

Предложение RFC 1149 Дэвида Вайцмана 1 апреля 1990 года рекомендовало совету интернета ввести «стандарт передачи IP-датаграмм воздушными перевозчиками» или IPoAC. IP-датаграммы или сообщения предлагалось «инкапсулировать» в условно птиц. Протокол получил ряд обновлений. Так, 1 апреля 1999 года было предложено улучшение качества сервиса, а 1 апреля 2011 года предложен переход на IPv6. Это ссылка на оригинальное предложение, и там же можно найти ссылки на обновления. Почитайте. Это смешно даже для тех, кто не в теме.

Международная группа исследователей сообщила о достижении мирового рекорда в скорости передачи данных по стандартному 125-мкм оптоволокну. Из утверждённых стандартов в новом оптоволокне только его толщина, тогда как оно само содержит 19 жил (ядер). Несмотря на новую начинку, сохранение стандартных физических размеров кабеля позволит использовать существующую кабельную инфраструктуру, что облегчит обновление сетей до нового уровня.

Источник изображения: NICT

Разработку на 46-й конференции по оптико-волоконной связи представили инженеры из Японии (NICT и Sumitomo Electric), а также специалисты Эйндховенского технологического университета (Нидерланды), Университета Л’Акуила (Италия) и Австралийского университета Маккуори.

Отметим, что скорость передачи 1,7 Пбит/с (1,7 петабит, 1,7 млн гигабит или 212,5 Тбайт в секунду) — это не самая высокая пропускная способность, достигнутая на оптическом волокне. Мировой рекорд по этому показателю был достигнут скандинавскими учёными в прошлом году, и он составляет 1,84 Пбит/с. Однако цена этому — усложнённая технология передачи, которая так просто не может быть реализована на современном уровне развития производства.

Новая разработка, напротив, использует существующие технологии как для выпуска оптических кабелей, так и распространённую элементную базу. Также использование стандартной для оптических кабелей толщины позволит сохранить всю имеющуюся кабельную инфраструктуру, что позволит провести модернизацию действующих кабельных сетей в кратчайшие сроки — от 5 до 10 лет.

Суть предложения заключается в переходе на оптические кабели с 19 ядрами (сердцевинами). Опытный кабель был изготовлен компанией Sumitomo Electric, а оптический стеклянный чип (мультиплексор) с выгравированными в нём волноводами для разделения сигнала с одного ядра на 19 создали австралийцы, для чего использовали лазерный 3D-принтер. В ходе демонстрации данные передавались на рекордной скорости на дальность 67 км.

«В Университете Маккуори мы создали компактный стеклянный чип с волноводным рисунком, выгравированным на нём с помощью технологии 3D-лазерной печати, — рассказал доктор Саймон Гросс из Инженерной школы Маккуори, один из разработчиков проекта. — Это позволяет подавать сигналы в 19 отдельных жил волокна одновременно с равномерными низкими потерями. Другие подходы связаны с потерями и ограничены по количеству ядер».